ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия

Владимиров Е. С., ведущий инженер лаборатории пирометаллургии, эл. почта: VladimirovES@nornik.ru
Портов А. Б., старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, эл. почта: PortovAB@nornik.ru

ТОО «Казцинк», Усть-Каменогорск, Казахстан
Ушков Л. А., заместитель главного металлурга по пирометаллургии, эл. почта: Leonid.Ushkov@kazzinc.com
Классен Э. А., начальник службы управления производством РМК, эл. почта: Eduard.Klassen@kazzinc.com

Обжиг низкосортных цинковых концентратов в печах кипящего слоя сопровождается образованием спеков и настыли на стенках печи, что снижает ее производительность и ведет к аварийным остановкам. Существующие литературные данные о причинах и механизме появления спеков в кипящем слое разнородны и не дают полной картины течения процесса, кроме того, не предложены эффективные способы борьбы с их образованием. В проведенном исследовании определены условия появления спеков в кипящем слое и показан механизм их образования. Установлено, что в кипящем слое при обжиге цинковых концентратов образуются два типа спеков: пористые белесого цвета с содержанием цинка, соответствующим концентрату, и серы на уровне огарка; темные плотные, обедненные цинком, с содержанием серы до 5 %. Первые расположены на подине печи или в объеме слоя, вторые — на стенках печи. У стенок печи кислорода не хватает, и окисление протекает в две стадии: через образование металлического цинка, который при температурах обжига сублимирует в газовую фазу и тем самым обедняет образующийся спек. В результате статистической обработки данных получено регрессионное уравнение, позволяющее с учетом параметров работы печи и содержания свинца в обжигаемом концентрате оценить минимальную скорость подачи дутьевых газов, при которой спеки в кипящем слое не образуются.

Особую благодарность выражаем исполнительному директору по металлургии ТОО «Казцинк» Т. А. Азекенову, а также всем сотрудникам, принимавшим участие в проведении исследовательской работы.

1. Свенс К., Керстиенс Б., Рункель М. Современная технология переработки цинковых концентратов // Цветные металлы. 2005. № 5-6. С. 83–91.
2. Алкацев В. М., Рутковский А. Л., Макоева А. К. Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое методом математического моделирования // iPolytech Journal. 2022. № 4. С. 669–676. DOI: 10.21285/1814-3520-2022-4-669-676
3. Berdiyarov B., Matkarimov S. Method for oxidative roasting of sulfide zinc concentrates in an air oxygen stream in fluidized bed furnaces // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2023. Vol. 1142. 012035. DOI: 10.1088/1755-1315/1142/1/012035
4. Yang J., Li Z., Huo X., Li H. et al. Study on the preparation of ZnFeO4 by roasting zinc-containing gossan ore // Processes. 2023. Vol. 11, Iss. 7. 1991. DOI: 10.3390/pr11071991
5. Абрамовская Л. А., Сапрыгин В. А., Сапрыгин А. Ф., Ушаков Н. Н. Исследование причин настылеобразования при обжиге в печах КС низкосортных сульфидных цинковых концентратов // Цветные металлы. 2003. № 2. С. 29–33.
6. Min Xiao-bo, Jiang Guang-hua, Wang Yun-yan, Zhou Bo-sheng et al. Sulfidation roasting of zinc leaching residue with pyrite for recovery of zinc and iron // Journal of Central South University. 2020. Vol. 27. P. 1186–1196. DOI: 10.1007/s11771-020-4359-1
7. Ismailov J., Berdiyarov B., Nosirkhujayev S., Ochildiyev K., Nuraliyev O. Possibilities for improving the technology of roasting zinc concentrates // E3S Web of Conferences. 2024. Vol. 525. 04003. DOI: 10.1051/e3sconf/202452504003
8. Терентьев В. М. Исследование и разработка технологии обжига в печах кипящего слоя тонкодисперсных сульфидных цинковых концентратов : дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург; Челябинск, 2017. — 151 с.
9. Терентьев В. М., Кондратюк А. А., Кнауб Е. Ю., Несмелов В. Ю. Образование гарнисажа в печах кипящего слоя при обжиге тонкодисперсных сульфидных цинковых концентратов // Цветные металлы. 2015. № 5. С. 22–26.
10. Constantineau J. P., Grace J. R., Richards G. G., Lim C. J. Factors that influence particle size distribution in zinc fluidised bed roasters // Sulfide Smelting 2002. Proceedings of a Symposium Sponsored by the Extraction and Processing Division of TMS (the Minerals, Metals & Materials Society) Seattle, Washington, February 17–21, 2002. — Washington (USA), 2002. P. 405–419.
11. Chen T. T., Dutrizac J. E. Mineralogical changes occurring during the fluid-bed roasting of zinc sulfide concentrates // JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 2004. Vol. 56, No. 12. P. 46–51. DOI: 10.1007/s11837-004-0235-y
12. Paik K. Z., Park P. C. A study on the effect of lead copper in zinc ore to the fluidized bed agglomeration during the roasting of zinc concentrates // Journal of the Korean Institute of Metals and Materials. 1984. Vol. 22, No. 11. P. 1090–1098.
13. Снурников А. П. Гидрометаллургия цинка. — М. : Металлургия, 1981. — 384 с.
14. Nyberg J., Metsärinta M. L., Roine A. Recent Process improvements in the Kokkola Zinc Roaster // Proceedings of conference “Lead and Zinc 2000”, Pittsburgh, USA, 22–25.2000.10. P. 399–415.
15. Метсеринта М.-Л., Таскинен П., Ниберг И., Ово Э. Механизмы обжига загрязненного цинкового концентрата в кипящем слое // Цветные металлы. 2005. № 5-6. С. 92–99.
16. Metsärinta M.-L., Taskinen P., Jyrkönen S., Nyberg J. Roasting mechanisms of impure zinc concentrates in fluidized beds // Yazawa International Symposium “Metallurgical and Materials Processing: Principles and Technologies”. San Diego (USA). 2003. Vol. 1. P. 633–646.
17. Цымбулов Л. Б., Лапшин Д. А., Портов A. Б., Терещенко И. В., Цемехман Л. Ш. Пирометаллургические способы переработки сульфидных медных концентратов Удоканского месторождения // Цветные металлы. 2014. № 9. С. 29–37.
18. Шолохова С. А. Кинетика окисления сульфидного цинкового концентрата применительно к обжиговым печам кипящего слоя : дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2020. — 145 с.
19. Johto H., Henao H. M., Jak E., Taskinen P. Experimental study on the phase diagram of the Fe – O – S system // Metallurgical and Materials Transactions B. 2013. Vol. 44B, No. 6. P. 1364–1370. DOI: 10.1007/s11663-013-9923-8